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分子內能是物體內部所有的分子作無規則運動的動能和分子互相作用的勢能之和。后者取決于分子的平均振動速率,前者取決于分子間的距離和互相作用的分子間斥力即范德華力。
分子內能和分子動理論知識要點
1、分子動理論
(1)分子動理論內容:物質是由分子構成的,一切物質的分子永不停歇地做無規則的運動,分子間存在互相作用的引力和作用力。
(2)擴散:不同物質在互相接觸時,彼此步入對方的現象,稱作擴散。擴散現象表明一切物質的分子永不停歇地做無規則的運動。
2、內能及其內能的改變
(1)內能:物體內部所有分子做無規則運動的動能和分子勢能的總和,稱作物體的內能。同一物體且物體的狀態不發生變化時,氣溫下降,物體的內能減小,反之,物體濕度增加時,物體的內能一定降低。但物體的內能減小時,氣溫卻不一定下降。諸如晶體融化。
(2)改變物體內能的方式:做功和熱傳遞
①做功改變物體的內能:物體對外界做功,物體的內能減低;外界對物體做功,物體的內能就降低。
②熱傳遞改變物體的內能:物體吸收熱量,內能降低;物體放出熱量,內能減低。在熱傳遞過程中,低溫物體內能減低叫放出熱量,高溫物體內能降低叫吸收熱量。
③做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的。
3、內能和機械能的比較
內能是微觀量,由物體內部分子運動和互相作用決定,跟氣溫有關;機械能是宏觀量,由整個物體的機械運動狀態決定,跟物體運動的速率、高度及彈性形變量有關。
物體可以同時具有內能和機械能,但物體有時可能沒有機械能,但內能卻肯定有,如靜止在地面上的物體,對地面而言沒有被舉高,故其機械能為零,但其內部卻存在著永不停歇的分子運動和互相作用,在一定條件下,內能和機械能可以互相轉化。
4、比熱容
單位質量的某種物質,氣溫下降(或減少)1℃吸收(或放出)的熱量稱作這些物質的比熱容。用c表示,在國際單位制中,比熱容的單位是J/(kg·℃)。
比熱容是描述物質力學特點的數學量,每種物質都有自己的比熱容,不同物質比熱容不同。但同一種物質的物態不同,比熱容則可以不同,如水和冰。
5、熱量的估算公式
放熱公式:Q吸=cm(t-t0)
吸熱公式:q放=cm(t0-t)
上式中的c表示物質的比熱容,m表示物體的質量,t0表示物體的初溫,t表示物體的末溫。t-t0表示物體下降的氣溫,t0-t表示物體增加的體溫。
6、能量守恒定理
大量的事實告訴我們,能量既不會剿滅也不會創生,它只能從一種方式轉化為其他方式,或從一個物體轉移到另一個物體,而在轉化和轉移的過程中,能量的總數保持不變。
分子內能和分子動理論例題剖析
例1:關于擴散現象,下述說法中正確的是()
A、氣體之間發生擴散,固體、液體之間不發生擴散
B、擴散現象表明分子間存在作用力
C、擴散現象表明分子不停地做無規則運動
D、溫度越高,擴散越快
剖析:擴散是因為物體內分子不停地做無規則運動所造成的一種現象。由于固體、液體的分子也在不停地做無規則運動,所以固體、液體之間也會發生擴散。當體溫下降時,分子無規則運動速率推進,擴散就推進。
答案:C、D
例2:關于物體的內能和體溫,下述說法中正確的是()
A、物體的內能跟氣溫有關,物體的內能越大,濕度越高
B、物體的內能跟氣溫有關,物體的氣溫下降,內能減小
C、物體的內能只與濕度有關分子內能,所以氣溫高的物體內能一定大
D、物體的內能和濕度有關,內能大的物體氣溫一定高
剖析:物體內部所有分子做無規則運動的動能和分子勢能的總和,稱作物體的內能。對內能理解應注意以下幾點:
(1)一切物體都有內能。物體不論大小、溫度高低,物體內分子都在做無規則運動,具有分子動能,因而任何一個物體都具有內能。
(2)影響物體內能的誘因:
①物體內分子的個數、分子的質量;
②分子熱運動的激烈程度(對應物體的氣溫);
③分子間的互相作用情況(對應物體的狀態)。
(3)內能是不同于機械能的另一種方式的能。
解:物體的內能不只與物體的氣溫有關,還與物體的質量、物態、體積等誘因有關,所以A、C、D錯誤,B正確。
例3:下邊所舉的例子中,通過克服磨擦做功改變物體內能的是()
A、鋸木頭時鋸片發燙
B、用手來回彎折鐵絲,鐵絲變熱
C、衛星殘片墜人大氣層時毀壞
D、劃火柴取火
剖析:A:鋸木頭是克服磨擦做功,使鋸床的氣溫下降,內能降低。B:反復把鐵絲弄彎弄直,是手對鐵絲做功,鐵絲內能降低。C:衛星殘片步入大氣層后會與空氣發生劇烈磨擦,殘片克服磨擦做功,氣溫大幅下降而毀壞。D:劃火柴是克服磨擦做功,火柴頭氣溫大幅下降,達到燃點就會燃燒,進而達到取火的目的。
例4:關于熱量、內能、溫度的關系,下述說法中正確的是()
A:物體吸收了熱量,它的內能一定減小,氣溫一定下降
B:物體的內能減小一定是吸收了熱量,氣溫可能下降
C:物體的氣溫下降,內能減小,可能是吸收了熱量
D:若只發生熱傳遞,物體吸收熱量氣溫可能不變,但內能一定減小
剖析:本題的關鍵是正確理解體溫、內能和熱量這三個概念。
熱量:在熱傳遞過程中物體內能的變化只能用熱量來量度。物體降低或減輕了多少內能,就吸收或放出了多少熱量。不能說物體富含多少熱量。
內能:物體內全部分子無規則運動所具有的動能和分子間的互相作用而具有的分子勢能的總和。
室溫:表示物體的冷熱程度。從分子動理論的觀點來看,氣溫是物體內部分子無規則運動激烈程度的標志,它是大量分子熱運動的集中表現,對于某些分子來講,氣溫是沒有意義的。
解:當物體吸收熱量時,內能降低,但氣溫不一定下降。諸如:晶體融化,內能減小,但氣溫并沒有下降,所以A錯。改變物體內能的方式有兩種,做功和熱傳遞。物體內能減小可能是吸收了熱量,也可能是對物體做了功,所以B錯。
答案:C、D。
例5:下述說法中正確的是()
A、一杯水用去一半,它的比熱容減為原先的二分之一
B、吸收熱量多的物質,比熱容一定大
C、水和冰的比熱容相同
D、質量相同的水和煤油,吸收了相同的熱量,煤油下降的氣溫小于水下降的氣溫
剖析:比熱容是物質的一種特點,與它的質量、體積、溫度無關,故A錯;從比熱容的定義可知,比較兩種物質的比熱容,應該是在質量、升高的氣溫相同的條件下,比較它們吸收熱量的多少,故B缺乏條件,B不正確;查比熱容表可知,同種物質在不同狀態時比熱容是不同的,故C錯;因為水的比熱容小于煤油的比熱容,所以當質量相同的水和煤油吸收相同的熱量時,煤油下降的氣溫多。
答案:D
例6:在農業生產中,為了保護秧田夜晚不致凍傷,夜晚時要向秧苗里多灌些水,這是由于水()
A、密度大
B、比熱容大
C、溫度高
D、熱膨脹大
剖析:晚上,在太陽光的照射下,田里水的氣溫下降分子內能,晚上時,將這氣溫較高的水灌入秧苗里。夜晚氣溫驟降,水的氣溫增加,因為水的比熱容大,所以能放出較多的熱量,進而保護秧田夜晚不致凍傷。
答案:B